基于电感式传感器的金属探测器设计-论文

基于LDC1000电感到数字转换器的金属探测器王剑锋【摘要】电涡流传感器以其独特的优点,广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业.LDC1000实现了电涡流传感器参数电感量到数字量的转换,提供了小封装、低成本的解决方案,通过SPI接口连接MCU,可以测得金属物与其线圈的空间位王关系.通过对LDC1000使用的分析,详细描述了一款自主移动的金属物探测嚣的实现过程.系统方案经济、灵活,可移植性强,对于类似项目有一定的借鉴意义.文中主要包括系统构成,LDC1000使用方法,寄存器读写控制等.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(023)018【总页数】3页(P167-169)【关键词】艾研LDC1000;电涡流传感器;金属探测器;MSP430【作者】王剑锋【作者单位】西安外事学院信息工程实验中心,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】TN382LDC1000是世界首款电感到数字转换器。

只需外接一个PCB线圈或者自制线圈就可实现非接触式电感检测,而且可以测试外部金属物体与线圈的空间位置关系。

检测原理是利用大学物理中的电磁感应原理。

在印刷电路板线圈或自制的线圈中加一个交变电流,其线圈的周围就会产生交变电磁场,此时如果有金属物体处于这个电磁场中,则会在金属物体表面产生感应电流,感应电流的大小是线圈与金属物的距离,大小、成分的函数［1］。

利用这个特性配以外部设计的金属物体可以方便实现水平或垂直距离、位移、振动的测量,可广泛应用于相关领域。

LDC1000是通过调节振动器的幅度同时检测LC的谐振损耗来实现阻抗和谐振频率的测量。

通过检测注入LC谐振单元的能量计算出Rp（等效并联电阻）,转换为数字量,其数值和Rp的值成反比。

LDC1000支持宽范围的LC组合5 kHz到5 MHz谐振频率,Rp的范围支持798 Ω到3.93 MΩ［1］,此范围即为器件内部ADC的信号范围,确定其分辨率。

等效并联电阻Rp与ADC码值成反比,当金属物体离线圈最近的时候涡流最大,损耗也最大。

【学习笔记】模拟设计（5）：基于电感数字转换器的金属探测小车设计2015年微型机与应用第20期作者：柳文强1，谢景卫2摘要：利用LDC1000电感数字转换器设计了一个金属探测小车。

小车以MC9S12XS128单片机为控制核心，控制装有LDC1000电感传感器的摆臂左右摆动，进行金属探测。

控制策略为先粗略扫描再精确定位，能在500 mm×500 mm的测试区域内探测到探头下方一定距离内的特定金属，并分辨出金属的不同特性。

该金属探测小车探测精度高，测量信息准确、稳定，而且成本低，能适应多种恶劣环境，在军事领域、工业领域和安全领域都有很好的应用前景。

0 引言金属探测器是利用金属传感器实现的能在一定范围内探测到是否有金属物体并能对金属物体进行定位的仪器。

由于采用非接触式的感测技术，使得金属探测器在军事、工业和安全等领域都有着广泛的应用，如地雷探测、食品质量检测、地铁安检等，也可用于农村乡镇企业中化工、橡胶、制塑、食品加工、采矿、采煤等行业，还可应用于食品、药品、玩具等领域[1]。

目前，市场上大多数金属探测器还是采用体积庞大、价格昂贵的电磁式金属传感器。

相比之下，电感式数字金属传感器体积更小，价格更低，测量数据也更精确。

1 探测原理1.1 LDC1000电感数字转换器简介LDC1000是美国德州仪器（TI）公司研发的世界上首例实现了电感式感测的电感到数字化的转换器。

它通过以较低的系统成本提供优于现有解决方案的性能、可靠性和灵活性，彻底地变革了感测技术。

LDC1000提供了16位的谐振阻抗和24位的电感值，从而可在位置感测应用中实现亚微米级的分辨率。

另外，电感式感测还可耐受诸如污垢和灰尘等非导电干扰，并且支持布设远程传感器，从而使其非常适合于严酷环境[2]。

而且，此款电感传感器体积非常小，使其能够安装在微型设备上成为可能；同时，更小的体积给设计者保留了更充足的设计空间，应用范围也更加广泛。

1.2 LDC1000电感感测原理LDC1000电感感测探头为一个自制线圈，在线圈中加上一个交变电流，线圈周围会产生交变电磁场，如果有金属物体进入这个磁场时，就会在金属物体表面产生感应电流，如图1所示。

电感式接近开关金属探测器设备工艺原理电感式接近开关金属探测器是一种利用感应原理进行金属探测的设备，广泛应用于工业生产线中，常用于检测金属零件的存在、位置和方向等信息。

本文将介绍电感式接近开关金属探测器的工艺原理，包括电感原理、传感器设计、信号处理及其应用等方面。

电感原理电感是指电流在导体中流动时所引起的磁场与这个磁场所穿过的环路（可以是同一导体上的环路）所包围的面积的乘积。

电感式接近开关金属探测器是利用电流通过一个线圈时所产生的磁场与金属物体交互作用的原理进行金属探测的。

当电感式接近开关金属探测器靠近金属物体时，金属物体内部会产生感应电流，以抵消在金属周围产生的磁场。

这个效应被称为涡流。

金属物体越大，涡流就越强，从而产生更大的磁场。

电感式接近开关金属探测器检测到的是这种磁场的变化，从而实现金属探测。

传感器设计传感器是电感式接近开关金属探测器的核心组成部分。

传感器通过线圈和基准电路组成，线圈周围的磁场与金属物体的交互作用被转化为电信号输出。

因此，传感器设计的好坏直接影响到探测器的精度和可靠性。

传感器线圈的设计有两种：环形线圈和单曲线线圈。

环形线圈比单曲线线圈更易感受到目标物体，因为环形线圈所产生的磁场更均匀。

然而，单曲线线圈因其简单的设计和低成本也得到了广泛的应用。

基准电路分为两种：共振电路和非共振电路。

共振电路将敏感度与在一定频率下产生的电压或电流的幅度联系起来，从而提高了探测器的灵敏度。

非共振电路因其简单、精度高而常用于工业现场的实际应用。

除此之外，金属探测器的传感器还可以根据探测器的工作环境和所探测的金属类型进行相关的参数配置，从而实现更佳的金属探测精度。

信号处理在金属物体靠近电感式接近开关金属探测器时，传感器输出的信号会由信号处理电路进行处理。

信号处理电路可以根据金属物体的大小和材料对信号进行放大、过滤等处理，从而最终输出探测信号。

信号处理是金属探测器工艺链中关键的一步，探测器的精度和稳定性受到信号处理电路的限制。

金属探测器毕业论文摘要本文利用电子技术的知识设计了金属探测器，可以探测地毯下的金属或硬币。

本设计包括电容三点式振荡电路，用以产生40KHZ的高频信号；电压放大电路，用以对高频信号进行放大；整流滤波电路，用以对交流信号进行整流、滤波，变为直流信号；三极管开关电路及二极管指示电路，发出光信号用以指示是否有金属。

本设计具有结构简单，性能可靠的优点。

关键词：金属探测器电容三点式振荡电路放大电路整流滤波电路AbstractIn this paper, knowledge of the use of electronic technology metal detector designed to detect metal under the carpet or coins. The design includes three-point oscillator circuit capacitance, used to generate high-frequency signal 40KHZ; voltage amplifier for the amplification of high-frequency signals; rectifier filter circuit for the rectification of AC signals, filtering, into a DC signal; triode switch circuit and diode circuits instructions issued instructions for the optical signal whether there is metal. The design is simple in structure, the advantages of reliable performance.Key words:metal detectors capacitance three-point oscillator circuit amplifier rectifier filter circui目录引言 (1)第1章绪论1.1 金属探测器的发展现状及发展趋势 (2)1.2 金属探测器的应用 (3)第2章设计要求及技术指标2.1 设计要求 (4)2.2 技术指标 (4)第３章设计方案3.1 总体设计方案框图及分析 (5)第4章单元电路设计4.1 电容三点式振荡电路的设计 (7)4.1.1 反馈型振荡器的基本工作原理 (7)4.1.2 三点式振荡电路 (9)4.1.3 电容三点式振荡器 (10)4.2 电压放大电路设计 (11)4.2.1 概述 (11)4.2.2 放大电路的分析 (13)4.3 整流滤波电路 (17)4.3.1 整流电路 (17)4.3.2 滤波电路 (17)4.4 三极管开关电路 (18)系统的原理图 (21)结论 (22)参考文献 (23)致谢 (24)引言谈起金属探测器，人们就会联想到探雷器，工兵用它来探测掩埋的地雷。

金属探测器摘要金属探测器是专门用来探测金属的仪器。

广泛应用于工业生产、安检、娱乐等领域。

这里我们设计的是一个基于单片机的手持金属探测器。

它可以检测到人随身携带的金属物品，如小刀、钢笔甚至可以检测到香烟盒(内部有铝薄膜)。

可随身携带，使用方便。

金属探测是根据电磁感应原理制成的，将一金属置于变化的磁场当中时，根据电磁感应原理就会在金属内部产生涡流，涡流产生的磁场反过来又影响原磁场，这种变化可以转换为电压幅值的变化，供相关电路进行检测。

它也可以表现为振荡电路频率的变化，用检测频率的办法进行检测，这里使用的是后者，振荡部分由电容三点式振荡电路组成，产生的正弦波进行放大和脉冲转换电路，再送入单片机，由单片机探测它频率的变化。

当遇见金属时由于电磁感应原理原先建立起来的振荡将受到影响，频率将发生变化，单片机探测到这种变化后进行报警。

本次金属探测器的设计还给它添加了接口可以和外围的系统进行通讯，这里实现了与液晶显示，键盘和AT89S52组成的外围数据处理与显示模块的通信，对前端探测到的数据进行再处理和分析，并将结果显示在液晶屏幕上，并可以通过键盘对前端的探测进度进行设置。

关键字：金属探测；电磁感应原理；单片机；涡流；振荡电路ABSTRACTMetal detector is an instrument which use for detecting metal specially. it has been extensively used in produce ,Safety inspection, entertainment and so on. Here we designed a handheld metal detectors which based on the MCU. It can detect people carrying metal items such as knives,pens and even boxes of cigarettes (within the aluminum film). Portable, easy to use.It is made according to principle of electromagnetism induction. when we put an metal object around magnetic field with changing series. there will produce vortex inner metal object. The vortex will create magnetic field too. The new magnetic field will affect the old. The change can be convert into voltage signal for detecting by relative electrocircuit . It can also convert into frequency signal and be detected by frequency detector. Here we use the second method. The oscillation circuit part is composed by Capacitance three-point oscillation circuit. The signal created by the part is magnified first and then convert into impulse signal. Then it can be processed by SCM. SCM detect its frequency ,compare with the base frequency and then determine whether to worn.We add an interface to the detector. So it can communicate with other SCM system which content a lcd,a keyboard,a SCM. The SCM system can process the data more precisely and then display the result through lcd.the keyboard is used for user who want to set the detecting precision.KEYWORDS:metaldetector;the principle of electromagnetism induction;SCM;vortex;oscillationcircuit目录1 引言 (1)第1章概述 (3)1.1探测器的结构和特点 (3)1.1.1探测器的结构 (3)1.1.2探测器的特点 (4)1.1.3探测器的应用领域 (4)1.2探测器工作原理 (5)第2章当代金属器的基本方法 (6)2.1基于单片机的金属探测器的设计方案 (6)2.2 MD-898K金属探测器 (7)2.3基于霍尔器件的数字金属探测器 (8)第3章总体设计 (10)3.1 硬件电路设计 (10)3.2 软件结构设计 (11)3.2.1程序结构设计 (11)3.2.2数据处理与显示程序结构设计 (12)第4章单元电路设计 (13)4.1 振荡电路设计 (13)4.2 放大电路和脉冲变换电路 (14)4.3 单片机系统 (16)4.4 外围设置与显示系统 (17)第5章软件设计 (19)5.1软件设计 (19)5.2数据处理与显示模块设计 (22)第6章实现与性能分析 (25)6.1 硬件电路焊接与调试 (25)6.1.1振荡电路的焊接与调试 (25)6.1.2 放大电路与脉冲转换电路的焊接与调试 (26)6.1.3 单片机系统的焊接与调试 (27)6.1.4 外围数据处理与显示模块的焊接与调试 (28)6.2 软件模块的调试与集成 (31)6.2.1金属探测模块的调试与集成 (31)6.2.2 外围数据处理与显示模块的调试与集成 (33)6.3 系统性能分析 (35)6.3.1 基准频率测定方法的优缺点分析 (35)6.3.2 金属探测的精度 (35)总结 (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录 (40)附录一系统总体电路图 (40)附录二防抖动键盘处理源程序 (42)附录三前端金属探测部分源程序 (45)附录四外围金属探测精度设置源程序 (51)1 引言金属探测器是一中专门用来探测金属的仪器，除了探测有金属外壳或金属部件的地雷以外，还可以用来探测隐蔽在墙壁内部的电线、埋在地下的水管电缆，甚至能够地下探宝，发现埋藏在地下的金属物体。

密级公开学号************衡水学院毕业论文（设计）基于电感式传感器的金属探测器设计论文作者：王波指导教师：侯晓云系别：：物理与电子信息系专业电子信息工程年级： 2013级提交日期： 2017年4月18日答辩日期：2017年5月05日毕业论文（设计）学术承诺本人郑重承诺：所呈交的毕业论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不存在抄袭情况，论文中不包含其他人已经发表的研究成果，也不包含他人或其他教学机构取得的研究成果。

作者签名：日期：毕业论文(设计)使用授权的说明本人了解并遵守衡水学院有关保留、使用毕业论文的规定。

即：学校有权保留或向有关部门送交毕业论文的原件或复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公开论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文及相关资料。

作者签名：指导教师签名：日期：日期：论文题目：基于电感式传感器的金属探测器的设计摘要：金属探测器可以感应看不到的东西内的金属夹杂物或埋在地下的金属。

金属检测器的最简单的形式由一个的振荡器产生一个交变电流穿过线圈产生交变磁场。

如果一块导电金属接近线圈，涡流会感应出的金属，并将产生其自己的磁场。

本设计本着设计简单，研发难度小，研发周期简单，能投入生产的原则，设计了这款金属探测器。

经实际验证，该金属探测器工作十分稳定。

本设计的实现，不仅在性能上有所提高，还降低了生产成本，为以后金属探测器的生产和发展提供了新的思路。

关键词：金属探测器; 电感式传感器; 电涡流; 振荡器TITLE：DESIGN OF METAL DETECTOR BASED ON INDUCTANCE TYPE TRANSDUCER王波：基于电感式传感器的金属探测器设计Abstract:Metal detectors can be induced to see things inside the metallic inclusions or buried metal. The simplest form of metal detector by an oscillator producing an alternating current through the coil produces alternating magnetic field. If a piece of electrically conductive metal is close to the coil, eddy current induction of metal, and will produce its own magnetic field.This design in line with the simple design, research and development difficulty is small, simple development cycles, can put into production, the principle of this kind of metal detector is designed. It has been verified by the actual, the metal detectors work very stable.This design implementation, not only on the performance improvement, lowering the production cost, for the production of metal detectors and development provides a new train of thought.Key words：Metal Detector; Inductance Type Transducer; Eddy Current; Oscillator目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1选题的目的及意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3课题的设计目标 (2)2 电感式传感器分类及原理 (3)2.1电感式传感器 (3)2.2自感式传感器工作原理 (3)2.3差动变压器式传感器工作原理 (4)2.4电涡流式传感器工作原理 (6)3 金属探测器设计 (8)3.1金属探测基本原理 (8)3.1.1 高频振荡电路 (8)3.1.2 电涡流和振荡回路联系 (9)3.1.3 实物作品的电路设计与调试 (9)3.2探测器灵敏度和稳定性 (10)3.2.1 灵敏度 (10)3.2.2 稳定性 (11)结语 (12)参考文献 (13)致谢 (14)1 绪论1.1 选题的目的及意义金属探测器能够检测周围金属的存在的设备。

金属探测器设计范文一、引言二、设计原理三、硬件设计1.发射器：金属探测器的发射器使用交变电流产生高频电磁场，可以穿透大部分非金属物质。

发射器使用可调谐电路来调整频率，以适应不同探测需求。

2.接收器：金属探测器的接收器用于接收被金属物体反射回来的电磁信号。

通过接收器内部的信号处理电路，可以将接收到的信号转化为可视化的结果。

3.控制部分：金属探测器的控制部分主要包括控制电路和显示屏。

控制电路用于控制发射器和接收器的工作状态，以及对信号进行处理。

显示屏用于显示探测结果，通常使用液晶显示屏，方便用户直观了解探测情况。

4.电源：金属探测器的电源可以采用直流电源或者可充电电池。

直流电源适合固定安装的金属探测器，而可充电电池适用于移动式金属探测器。

四、软件设计软件设计主要涉及信号处理和报警功能。

信号处理部分包括滤波、放大和频谱分析等过程，用于提取出金属物体引起的干扰信号。

报警功能可以通过发出声音、闪光或振动等方式来提醒用户金属物体的存在。

五、性能评估在金属探测器的设计中，需要评估其灵敏度、稳定性和抗干扰能力等性能。

灵敏度指的是检测金属物体的能力，即探测到金属物体的最小尺寸和最大探测深度。

稳定性指的是金属探测器在长期使用过程中的工作状态是否稳定。

抗干扰能力指的是金属探测器在环境电磁干扰下是否能够正常工作。

六、实验结果与分析通过对金属探测器进行实验，可以验证设计的有效性。

实验结果显示，金属探测器具有较高的灵敏度和稳定性，可以可靠地检测到金属物体。

同时，在强电磁干扰下，金属探测器也能够正常工作。

七、结论金属探测器是一种重要的电子设备，具有广泛的应用前景。

本设计基于金属物体与电磁场之间的相互作用，通过发射和接收电磁波的方式实现金属物体的探测。

通过实验验证，金属探测器具有较高的灵敏度、稳定性和抗干扰能力。

八、展望未来的金属探测器设计可以进一步提升探测效率和准确性。

可以引入更先进的信号处理技术，提高对金属物体的识别能力。

简易金属探测器摘要以感应平衡为基本原理,通过利用电感,555定时器,LM2917以及MSP430F4260单片机为基本元器件搭建一个简易的金属探测器。

可以分辨硬币的类型以及一些常用的金属类型。

系统简单易用,功耗底下,分辨率高,是一款性能优异的金属探测器。

关键词金属检测;ad采样;F-V转换金属在人们日常的生活中起着重要的作用,但是人们对于金属的分辨能力却显得不足,金属检测以及判别越来越受到重视,随着金属探测器的出现,金属检测的问题得到充分的解决,金属探测器的作用由此可见。

所以越来越多的人热衷于制作小型金属探测器。

本文就是立足于实验的基础上,制作了一个简易的金属探测器,可以鉴别出硬币的种类以及金属的类型。

1 检测原理当今金属探测器主要的应用技术可以分为三类, 主要有感应平衡技术,差拍振荡技术以及脉冲感应技术。

作为实验室条件下可以完成的金属探测器主要就是利用了第一种技术。

本文就是在感应平衡的技术的基础上,做了适当的改进完成一个简易的金属探测器的制作。

感应平衡技术的核心是先利用放射线圈发射电磁场,再利用接受线圈探测发射的电磁场,由于变化的磁场在线圈上会产生压降,一旦线圈下有金属的存在,由于金属的涡流损耗会是接受到的磁场发生变化,这种变化通过电压反映出来就可以判别是否有金属的存在。

2 制作原理及电路本文就是从此原理出发,首先利用555定时器以及电感产生一个基准振荡频率的方波,经过反相器的波形整形以后,送入F-V转换芯片LM2917后将频率转换为电压,在由单片机ad采样,进行显示并输出。

在电感接触到金属以后,震荡频率会发生变化。

通过F-V芯片将频偏转换为压偏,通过ad采样后计算偏压值以后得出具体的金属的种类,整个系统的功能框图如下:由于LM2917的频率电压转换的线性范围在10KHz以下,所以需要555定时计数器的基准振荡频率要小于10KHz。

而电感的大小对于定时器的振荡频率有很大的影响,提高电感的值有助于降低本征信号的频率。

电感式传感器------机械工程测量技术报告一、介绍电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、重量、振动等转换成线圈自感量L 或互感量M 的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出的装置。

电感式传感器的种类较多，主要有利用自感原理的自感式传感器、利用互感原理的差动变压器式传感器、利于涡流原理的电涡流式传感器。

其优点是：灵敏度高、线性较好、结构简单、工作可靠寿命长、测量精度高、零点稳定、输出功率较大、抗干扰能力强、分辨率较高等。

其缺点是：传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量；另外，传感器的分辨率与测量范围有关，测量范围越大，分辨率越低。

二、介绍三种电感式传感器<一>自感式传感器1、工作原理1-线圈 2-铁芯（定铁芯） 3-衔铁（动铁芯）铁芯和衔铁由导磁材料制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。

当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化。

根据电感定义，线圈中电感量可由下式确定：N ——线圈的匝数 R m ——磁路总磁阻由于气隙距离δ一般较小，可以认为气隙磁场是均匀的，若忽略磁路磁损，则磁路总磁阻为:上式表明，当线圈匝数为常数时，电感L 仅仅是磁路中磁阻 的函数，只要改变δ或 均可导致电感变化。

因此，变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感器和变气隙面积 的传感器。

使用最2mN L R =12m 1122002L L R S S S δμμμ=++广泛的是变气隙厚度δ式电感传感器。

2、等效电路磁滞损耗电阻Rh ：铁磁物质在交变磁化时，磁分子来回翻转克服阻力，类似摩擦生热的能量损耗。

铜耗电阻Rc ：取决于导线材料及线圈几何尺寸。

涡流损耗电阻Re ：由频率为f 的交变电流激励产生的交变磁场在线圈铁心中造成的涡流及磁滞损。

并联寄生电容C 的影响：并联寄生电容主要由线圈绕组的固有电容与电缆分布电容所构成。